本章主要介紹了集成電路是如何從雙極型工藝技術(shù)一步一步發(fā)展到CMOS 工藝技術(shù)以及為了適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用需求發(fā)展出特色工藝技術(shù)的。

首先從雙極型工藝技術(shù)發(fā)展到 PMOS 工藝技術(shù)，再到 NMOS 工藝技術(shù)，但是無(wú)論是雙極型工藝技術(shù)和 NMOS 工藝技術(shù)都遇到了功耗問(wèn)題，最后引出低功耗的CMOS 工藝技術(shù)，CMOS 工藝技術(shù)是目前工藝技術(shù)的主流。但是CMOS工藝技術(shù)沒(méi)有辦法滿足不斷變化的應(yīng)用需求，所以發(fā)展出如 BiCOMS、BCD 和HV-CMOS 等特色工藝技術(shù)。

另外還介紹了 MOS集成電路的發(fā)展歷史，以及 MOS 晶體管的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)，也就是MOS晶體管按比例縮小的過(guò)程中遇到的問(wèn)題和出現(xiàn)的新技術(shù)，為引出先進(jìn)工藝技術(shù)打下基礎(chǔ)。

雙極型工藝制程技術(shù)是最早出現(xiàn)的集成電路工藝制程技術(shù)，也是最早應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的集成電路工藝制程技術(shù)。隨著微電子工藝制程技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝制程技術(shù)日趨先進(jìn)，其后又出現(xiàn)了 PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS 和BCD等工藝制程技術(shù)。

1947年，第一只點(diǎn)接觸晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，它的發(fā)明者是 Bardeen、Shockley 和Brattain。1949年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Shockley 提出pn 結(jié)和雙極型晶體管理論。1951年貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出第一只鍺雙極型晶體管，1956年德州儀器制造出第一只硅雙極型晶體管，1970年硅平面工藝制程技術(shù)成熟，雙極型晶體管開(kāi)始大批量生產(chǎn)。

雙極型工藝制程技術(shù)大致可以分為兩大類：一類是需要在器件之間制備電隔離區(qū)的雙極型工藝制程技術(shù)，采用的隔離技術(shù)主要有pn 結(jié)隔離、全介質(zhì)隔離以及 pn結(jié)-介質(zhì)混合隔離等。采用這種工藝制程技術(shù)的雙極型集成電路，如 TTL（Transistor Transistor Logic，晶體管-晶體管邏輯）電路、線性/ECL（Emitter Couple Logic，射極耦合邏輯）電路和 STTL（Schot-tky Transistor Transistor Logic，肖特基晶體管-晶體管邏輯）電路等；另一類是器件之間自然隔離的雙極型工藝制程技術(shù)，I2L（Integrated Injection Logic，集成注入邏輯）電路采用了這種工藝制程技術(shù)。圖1-1所示的是屬于第一類采用pn結(jié)隔離技術(shù)的雙極型工藝集成電路的剖面圖，VNPN 是縱向 NPN （Vertical NPN），LPNP 是橫向 PNP （Lateral PNP），n +是n 型重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)，P+是P型重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)，P-Base 是p型基區(qū)，PW （P-WELL）是p型阱，NW（N-WELL）是深n型阱，NBL（N type Buried Layer）是n型埋層，P-sub（P-substrate）是P型襯底，N-EPI（N-Epitaxial）是n 型外延層。

由于雙極型工藝制程技術(shù)制造流程簡(jiǎn)單，制造成本低和成品率高，另外在電路性能方面它具有高速度、高跨導(dǎo)、低噪聲、高模擬精度和強(qiáng)電流驅(qū)動(dòng)能力等方面的優(yōu)勢(shì)，它一直受到設(shè)計(jì)人員的青睞。雙極型晶體管是電流控制器件，而且是兩種載流子（電子和空穴）同時(shí)起作用，它通常用于電流放大型電路、功率放大型電路和高速電路。它一直在高速電路、模擬電路和功率電路中占主導(dǎo)地位，但是它的缺點(diǎn)是集成度低和功耗大，其縱向（結(jié)深）尺寸無(wú)法跟隨橫向尺寸成比例縮小，所以在VL-SI（超大規(guī)模集成電路）中受到很大限制。在20世紀(jì)60年代之前集成電路基本是雙極型工藝集成電路，雙極型工藝集成電路也是史上最早發(fā)明的具有放大功能的集成電路，直到20世紀(jì)70年代 NMOS 和CMOS 工藝集成電路開(kāi)始在邏輯運(yùn)算領(lǐng)域逐步取代雙極型工藝集成電路的統(tǒng)治地位，但是在模擬器件和大功率器件等領(lǐng)域雙極型集成電路依然占據(jù)重要的地位。